CN101712078B - 夹头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种所保持的工具的轴心不会偏离设计上的轴心的夹头。夹头(1)安装在主轴(10)上并保持工具(14)，并且具有内径大于上述工具(14)的柄径的圆筒状的内套(2)、和内径大于上述内套(2)的外径的圆筒状外套(3)。外套(3)与内套(2)同轴配置。此外，夹头(1)具有多个肋条(4)，该多个肋条(4)沿圆周方向等间隔配置并且在内套(2)的整个长度上将内套(2)的外周面(2b)与外套(3)的内周面(3a)连结。

Description

夹头

技术领域

本发明涉及一种用于在主轴上保持钻头等工具的夹头。

背景技术

用细径的钻头在工件上开孔时，为了确保切削圆周速度，必须使钻头高速旋转。但是，在以往的采用开缝的夹头(有缝夹头)中，合乎实用的主轴转速为每分钟20万转左右，如果超过这个转速，由于离心力，夹头保持钻头的保持力减弱，难以进行加工。

因此，以往，提出有一种具有被配置为将钻头轴包在里面的多个轴环、被配置为安装于钻头上的外侧缘支承部、和轴环与外侧缘支承部之间的夹紧机构的夹头(参见专利文献1)。该夹头以将基于离心力及偏心轮止动作用力的夹紧力作用于外侧缘支承部和轴环之间使轴环牢固地夹紧钻头轴的方式形成夹紧机构，并且轴环、外侧缘支承部和夹紧机构由单一材料片一体形成。通过这样构成夹头，能够使钻头高速旋转。

【专利文献1】日本专利公开2002-535156号公报

然而，以往的夹头是多个轴环因离心力而摆动从而进行夹紧的结构，所以在多个轴环的质量不同的情况下、或者在加工时的轴环与钻头的接触点不是沿圆周方向等间隔分布的情况下，会导致所保持的钻头的轴心偏离设计上的轴心。

因此，从减小加工公差的必要性来看，必须高精度地制造多个轴环，从而导致成本增加。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够防止所保持的工具的轴心偏离设计上的轴心的夹头。

本发明(例如，参见图1、图2、图5及图6)涉及一种夹头(1)、(1A)、(1B)，其安装在主轴(10)上并保持工具(14)，其特征在于具有：形成为内径大于上述工具(14)的柄径的圆筒状的内套(2)，形状为内径大于上述内套(2)的外径的圆筒状、并且与上述内套(2)同轴配置的外套(3)，多个连结部(4)、(4B)，它们沿圆周方向等间隔配置并将上述内套(2)的外周面(2b)与上述外套(3)的内周面(3a)连结，并且在上述主轴(10)的旋转而产生的离心力作用下沿半径方向移动而使上述内套(2)变形，其中，上述内套(2)的变形使得上述内套(2)的内周面(2a)与上述工具(14)压接，从而保持上述工具(14)。

此外，上述夹头(1)、(1A)(例如，参见图1及图5)的特征在于：具有多个凸缘部(3f)，该多个凸缘部(3f)在外套(3)的外周面(3b)上沿半径方向突出设置并且与上述主轴(10)压接；上述连结部(4)是肋条(4)，其沿半径方向从上述内套(2)的外周面(2b)向上述外套(3)的内周面(3a)延伸并将上述内套(2)的外周面(2b)与上述外套(3)的内周面(3a)连结，并且在上述主轴(10)的旋转引起的离心力的作用下，随着上述外套(3)变形而沿上述半径方向移动；上述凸缘部(3f)在上述外套(3)的外周面(3b)与上述主轴(10)之间形成容许上述外套(3)变形的空间(R)。

此外，上述夹头(1A)的特征在于具有配置于上述肋条(4)的延长线上并且设置于上述外套(3)的外周面(3b)上的突出部(5)。

此外，上述夹头(1B)(例如，参见图6)的特征在于上述连结部(4B)具有以连结上述外套(3)的内周面(3a)的规定距离的圆弧的方式设置于上述外套(3)的内周面(3a)上的弦状部件(4b)、和沿半径方向从上述内套(2)的外周面(2b)向上述外套(3)的内周面(3a)延伸，并且将上述内套(2)的外周面(2b)与上述弦状部件(4b)的中心连结的连接部件(4a)。

此外，上述夹头(1B)的特征在于具有配置于上述连接部件(4a)的延长线上并且突出形成在上述弦状部件(4b)的上述外套(3)侧的突起部(6)。

另外，上述括弧内的符号用于与附图对照，为了使发明易于理解而权宜标注于此处，但其对权利要求书的构成没有任何影响。

根据本发明，内套变形使内套的内周面与工具压接，因此以内套的内周面牢固地保持工具。而且，沿圆周方向等间隔配置的多个连结部互相拉伸而使内套变形，因此，内套的内周面沿圆周方向等间隔地与工具面接触，从而能够防止工具的轴心偏离设计上的轴心。

附图说明

图1是本发明第1实施方式中的夹头的结构图。

图2是支承夹头的主轴的剖视图。

图3是说明夹头的动作的示意图。

图4是夹头的工具保持力的说明图。

图5是本发明第2实施方式中的夹头的结构图。

图6是本发明第3实施方式中的夹头的结构图。

符号说明：

1、1A、1B：夹头；2：内套；2a：内周面；2b：外周面；3：外套；3a：内周面；3b：外周面；3f：凸缘部；4：肋条(连结部)；4B：连结部；4a：连接部件；4b：弦状部件；5：突出部；6：突起部；10：主轴；14：工具；14s：柄；R：空间。

具体实施方式

下面，结合附图详细地说明用于实施本发明的方式。

图1是本发明第1实施方式中的夹头的结构图，(a)是俯视图，(b)是(a)的A-A剖视图，(c)是(b)的B-B剖视图。此外，图2是支承夹头的主轴的剖视图。

图1所示的夹头1包括保持工具14(图2)的内套2、保持在主轴10(图2)上的外套3、连结内套2和外套3的(本实施方式中为3个)作为连结部的多个肋条4，并且被安装在主轴10上。内套2为中空的圆筒状，内径比要保持的工具14的柄径稍大(例如2μm)。外套3为内径比内套2的外径大的中空圆筒状。外套3与内套2同轴配置。在外套3的轴线O方向的两端，设置有相比外套3的外周面3b沿半径方向突出的多个(2个)凸缘部3f。配置于外套3轴线O方向的大致中央部的内套2被各肋条4连结于外套3上。外套3形成为轴线O方向的长度比内套2轴线O方向的长度长。

各肋条4沿内套2的圆周方向等间隔地配置(在本实施方式中间隔120度)。各肋条4与内套2的外周面2b和外套3的内周面3a正交配置，并且沿半径方向从内套2的外周面2b向外套3的内周面3a延伸，从而将内套2的外周面2b与外套3的内周面3a连结。各肋条4形成为轴线O方向的长度与内套2轴线O方向的长度相等，并且在内套2轴线O方向的整个长度上将内套2的外周面2b与外套3的内周面3a连结。

另外，设外套3的外径为D、全长为L，例如可以通过放电加工用外径为D、全长为L的圆柱形材料来形成夹头1。

如图2(a)所示，以轴线O与主轴10的轴线为同轴的方式将夹头1旋转自如地保持在主轴10上。利用压入方式或省略了图示的单元使夹头1相对于主轴10止转。此时，2个凸缘部3f与主轴10压接，并且2个凸缘部3f在主轴10与外套3的外周面3b之间形成空间R。图2中的夹头1的上方配置了具有盲孔11a的工具止动部件11，下方配置了O形环支架12。在工具止动部件11和O形环支架12中配置有O形环13。工具14未***时的O形环13的内径比工具14的柄14s的外径(柄径)小0.2mm～0.5mm。另外，如本图(b)所示，如果将工具14***O形环13，则与O形环的摩擦力将工具14保持在O形环13、即主轴10上。另外，设置了2个O形环13，但也可以是1个。

接下来对旋转主轴10从而用工具14来进行加工时的夹头1的动作进行说明。

图3是说明图1所示的夹头1的动作的示意图。另外，在本图中用虚线表示工具14。

如果旋转主轴10，则旋转所产生的离心力使主轴10及夹头1在沿径向扩展的方向上受力。此时，假定没有工具14，由于离心力作用于各肋条4及外套3上，因此各肋条4向内套2的半径方向移动，内套2被各肋条4沿半径方向拉伸而变形。在本第1实施方式中，夹头1有3个肋条4，因此变形为接近圆形的三角形(棱圆形)。

因此，在工具14***在夹头1中的情况下，与图3中的K部变形对应的力施加到工具14上。也就是说，内套2仅有在内周面2a与工具14的柄14s之间的空隙的部分发生变形，导致内周面2a与工具14的柄14s压接。具体而言，会导致内套2的内周面2a中的、肋条4与肋条4之间的部分与柄14s压接。该内套2的内周面2a与工具14的柄14s压接时的内套2的内周面2a与工具14的柄14s之间的摩擦力，将工具14牢固地保持在夹头1上。而且，由于3个肋条4沿圆周方向等间隔配置，所以内套2的内周面2a中的、肋条4与肋条4之间的部分沿圆周方向等间隔并且面接触地压接于工具14上。因此，使内套2的内周面2a与工具14的柄14s压接的压接力在圆周方向上均匀分布，保持工具14不偏离设计上的轴心。另外，如图2所示，在夹头1的外套3的外周面3b与主轴10之间形成了空间R，因此，容许外套3因各肋条4向半径方向移动所出现的变形。也就是说，外套3以与肋条4对应的部分向空间R一侧突出的方式发生变形，各肋条4随着外套3的变形沿半径方向移动。此外，尽管外套3变形，设置于外套3的轴线O方向两端的凸缘部3f也保持压接状态，从而保持夹头1相对于主轴10止转。

接下来，对夹头1保持工具14的力进行具体地说明。

图4是本发明涉及的夹头1的工具保持力的说明图，(a)是表示主轴10的转速与工具14的保持力之间的关系的图，(b)是表示夹头1的尺寸的俯视剖视图，(c)是侧面剖视图。

其中夹头1的各部分的尺寸如下：

内套2的外径d1：4.5mm

内套2的内径d2：3.18mm

内套2的全长L1：14mm

外套3的凸缘部3f的外径D1：12mm

外套3的中央部的外径D2：11.5mm

外套3的内径D3：10mm

从外套3的端部到内套2的端部的距离l1：2mm

外套3的全长L2：18mm

外套3的凸缘部3f的长度l2：1mm

肋条4的宽度t：1mm

材质：SUS440C(JIS G4303)

如图4所示，工具14的保持力随着主轴10的转速的增加而增加，如果每分钟转10万转以上，便可获得合乎实用的足够的工具保持力。另外，可以使内套2的全长(图4(b)中的长度L1)与外套3的全长(图4(b)中的长度L2)相等。

由此，实现了用与主轴10的转速相应的离心力在内套2上保持工具14，因此结构简单，制造成本低廉，同时，能够防止所保持的工具14的轴心偏离设计上的轴心。

接下来，对本发明第2实施方式中的夹头进行说明。

图5是本发明第2实施方式中的夹头的结构图，(a)是俯视图，(b)是(a)的C-C剖视图，(c)是(b)的D-D剖视图。此外，对与图1相同的部件或功能相同的部件标记同一符号并省略了重复的说明。

图5所示的夹头1A具有多个(在本实施方式中为3个)突出部5，该多个突出部5配置于肋条4的延长线上，被设于外套3的外周面3b，并且与作为连结部的肋条4的个数相同。各突出部5形成为轴线O方向的长度与内套2的轴线O方向的长度相等，并且形成为全长范围上与肋条4同宽。此外，各突出部5被设定为距离外周面3b的半径方向的突出量比凸缘部3f的半径方向的突出量小，并且在安装于主轴上的情况下与非旋转状态的主轴为非接触状态。另外，可以使内套2的全长与外套3的全长相等。

即使是这种形状，也能够获得与图1所示的夹头相同的功能，并取得与上述第1实施方式相同的效果。

此外，突出部5在主轴旋转时沿半径方向受到离心力。于是，作用于突出部5的离心力引起的沿半径方向的拉伸力作用在肋条4上，能够更有效地保持工具。

进而，通过在未图示的主轴上形成嵌入突出部5的为图示的凹部，从而能够使突出部5作为主轴旋转时止转夹头1A的部件发挥功能。

接下来对本发明的第3实施方式中的夹头进行说明。

图6是本发明第3实施方式中的夹头1B的俯视图。此外，对与图1相同的部件或功能相同的部件标记同一符号并省略了重复的说明。该夹头1B，其外套3的全长与内套2的全长相同。

图6所示的夹头1B具有多个(在本第3实施方式中为3个)连结部4B。各连结部4B沿圆周方向等间隔配置(在本第3实施方式中间隔120度)。各连结部4B包括连接部件4a和弦状部件4b。

首先，弦状部件4b以连结外套3的内周面3a的规定距离的圆弧的方式设置于外套3的内周面3a上。换言之，弦状部件4b沿与半径方向正交的方向延伸，并且其两端与外套3的内周面3a连接。此外，弦状部件4b形成为在内套2的轴线O方向的全长上延伸。

连接部件4a沿半径方向从内套2的外周面2b向外套3的内周面3a延伸，并且将内套2的外周面2b与弦状部件4b的中心连结。于是，连接部件4a与内套2的外周面2b正交，并且与弦状部件4b正交。

夹头1B具有设置于弦状部件4b上的突起部6。突起部6配置于连接部件4a的延长线上，并且形成为从弦状部件4b的中心向外套3一侧突出。该突出部6的突出方向与弦状部件4b正交。另外，突起部6形成为轴线O方向的长度与内套2的轴线O方向的长度相等，并被设定为与连接部件4a同宽。在突起部6的顶端面与外套3的内周面3a之间形成有空隙。该夹头1B由圆柱形的材料通过放电加工来形成。

根据以上结构，在旋转支承夹头1B的主轴时，由于内套2受各连结部4B的离心力作用而在半径方向被拉伸变形。

此时，离心力引起的沿半径方向移动的力作用到各连结部4B的连接部件4a上，从而弦状部件4b的中心被按压向连接部件4a而在半径方向上弯曲。由此，发生变形的是内套2和连结部4B，而使它们发生变形的力分散为6点均匀地作用于外套3，所以外套3几乎没有变形。于是，作用于连结部4B的离心力引起的对连结部4B的拉伸力更有效地作用于内套2，从而能够更有效地保持工具。

此外，离心力也作用于突起部6，因此，连接部件4a上进一步被施加了作用于突起部6的那部分离心力、即使内套2变形的力，从而能够更有效地保持工具。另外，可以省略图6中的突起部6。

另外，内套2的全长可以为6mm左右。

另外，基于上述实施方式说明了本发明，但本发明并不局限于此。在上述实施方式中，对设置了3个连结部4或4B的情况进行了说明，但并不局限于此，也可以沿圆周方向等间隔地配置2个或4个以上。

Claims (5)

1.一种夹头，其安装在主轴上并保持工具，其特征在于，具有：

内套，其形成为内径大于上述工具的柄径的圆筒状；

外套，其形状为内径大于上述内套的外径的圆筒状、并且与上述内套同轴配置；以及

多个连结部，它们沿圆周方向等间隔配置并将上述内套的外周面与上述外套的内周面连结，并且在上述主轴的旋转而引起的离心力作用下朝将上述内套朝半径方向外侧拉伸的方向移动而使上述内套变形，

上述内套的变形使得上述内套的内周面与上述工具压接，从而保持上述工具。

2.根据权利要求1所述的夹头，其特征在于，

具有多个凸缘部，该多个凸缘部在外套的外周面上沿半径方向突出设置，并且与上述主轴压接；

上述连结部是肋条，其沿半径方向从上述内套的外周面向上述外套的内周面延伸并将上述内套的外周面与上述外套的内周面连结，并且在上述主轴的旋转引起的离心力的作用下，在上述外套变形的同时朝上述半径方向外侧移动；

上述凸缘部在上述外套的外周面与上述主轴之间形成容许上述外套变形的空间。

3.根据权利要求2所述的夹头，其特征在于，具有突出部，其配置在上述肋条的延长线上，并且设置于上述外套的外周面。

4.根据权利要求1所述的夹头，其特征在于，上述连结部具有：

弦状部件，其以连结上述外套的内周面的规定距离的圆弧的方式设置于上述外套的内周面上；

连接部件，其沿半径方向从上述内套的外周面向上述外套的内周面延伸，并且将上述内套的外周面与上述弦状部件的中心连结。

5.根据权利要求4所述的夹头，其特征在于，具有突起部，其配置于上述连接部件的延长线上并且突出形成在上述弦状部件的上述外套侧。

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